Start von Cape Canaveral (KSC) und Landung auf Cape Canaveral (KSC), Runway 33.

Im September 1996 wurde Jeffrey Ashby als Pilot für STS-85 eingeteilt. Er trainierte mit der Mannschaft bis März 1997. Dann wurde er Assistent des Director, Flight Crew Operations. Jeffrey Ashby schied aus dem Training für STS-85 aus, um sich der Pflege seiner Frau zu widmen, die später an Krebs starb.

Der Start von STS-85 war anfangs für den 17. Juli 1997 geplant gewesen. Der Wiederholungsflug STS-94 brachte aber den Flugplan durcheinander.

Wenige Stunden nach dem Start wurde der deutschen Satelliten CRISTA-SPAS-02 ("Cryogenic Infrared Spectrometers and Telescopes for the Atmosphere") ins All ausgesetzt. Schwerpunkt seiner Arbeit war die Erforschung der mittleren Schichten der Erdatmosphäre. Mit speziellen Teleskopen und Spektrometern wurden Temperatur, Spurengase und Strömungen in der mittleren Atmosphäre gemessen, insbesondere die Konzentration von Ozon und von Ozon zersetzenden Substanzen. Später wurde der Satellit durch die Besatzung mit Hilfe des Robotarms wieder eingefangen.

Ein weiterer Programmpunkt war der Test eines japanischen Roboterarmes ("Manipulator Flight Demonstration" - MFD) für die Raumstation ISS. Mit seiner Hilfe wurden komplizierte Arbeiten ausgeführt, so das Lösen von Schrauben und das Öffnen von Türen. Dabei bewegte sich der Greifarm an einer Gitterstruktur entlang, die in der Nutzlastbucht verankert war. Über ein Computerdisplay war eine Bedienung auch dann möglich, wenn der zu erfassende Gegenstand nicht direkt zu sehen war. So konnte der Robotarm auch von einer Bodenstation aus bedient werden.

Zahlreiche wissenschaftliche Experimente (u.a. vier Experimente zur Untersuchung der solaren UV-Strahlung) wurden durchgeführt. Insgesamt wurden 24 wissenschaftliche Untersuchungen zu den Bereichen Technik, Medizin, Ökologie und Astronomie durchgeführt. Zu letzterem gehörten Beobachtungen des Kometen Hale-Bopp mit einem 18-Zentimeter-Ultraviolett-Teleskop. Mit ihm wurden bei mehreren jeweils dreistündigen Beobachtungsserien 30 Bilder pro Sekunde durch 7 verschiedene Filter elektronisch aufgezeichnet. Des Weiteren befanden sich in der Ladebucht ein Extrem-UV-Spektrograph zur Beobachtung der Sonne, anderer Sterne und weiterer Himmelskörper, ein weiterer UV-Spektrograph zur astronomischen Planetenforschung und ein von Studenten entworfenes Experiment zur Messung der Sonnenstrahlung im UV- und Röntgenbereich.

Ein ferngesteuerter Experimentierkomplex ("Technology Applications and Science" - TAS) in der Nutzlastbucht umfasste Untersuchungen zur Bestimmung der Solarkonstanten und der Wärmestrahlung der Sonne (Infrarotradiometer) sowie zur Messung von Wolkenhöhen, Bodenprofilen und Oberflächenvegetationen mit einem Laser-Entfernungsmesser. Außerdem wurden Apparaturen zur Temperaturregelung sowie zur Langzeitkühlung (Experiment "Cooler") getestet. Zur Anwendung kam erneut das "Space Vision System", mit welchem die Signale mehrerer Kameras digital komprimiert und über einen Fernsehkanal zur Bodenstation übermittelt werden konnten.

Weitere Experimente betrafen die Beobachtung von Verbrennungsprozessen in der Schwerelosigkeit, die Untersuchung des Wachstums von Krebszellen im "Bioreactor Demonstration System" (BDS) und der ausführliche Test einer weiterentwickelten, auf einem Magnetfeld schwebenden Plattform, die Bewegungen der Raumfähre soweit dämpfen soll, dass auf ihr stattfindende Experimente nicht wesentlich gestört werden können (Experiment MIM). Kleinere Computerprobleme bei MIM, MFD und TAS konnten weitgehend behoben werden.

Die sehr erfolgreiche Mission endete wegen Bodennebels am Landeort einen Tag später als geplant auf Piste 33 des Kennedy Space Center, Florida.